压电材料参数的测量方法.ppt

压电材料压电常数的测量方法
北京航空航天大学固体力学研究所
赵寿根
1
可编辑版
前 言
压电材料的压电性能主要由压电参数决定，因此压电参数是我们使用压电材料的首要前提，了解和掌握压电材料压电参数的测量方法和手段十分必要；
压电材料参数的设计与实际生产出来的成品总是会存在一定的差别，一般在使用压电材料前都需要对它的关键参数进行测量，以保证使用的正确和精度，因而压电材料压电参数的测量方法也是必须了解和掌握的内容。
2
可编辑版
通常压电材料的压电常数有：压电应变常数dij、压电电压常数gij和压电劲度常数hij，本次课主要介绍压电应变常数dij的测量方法，其余参数的测量，大家可以查阅相应的的文献。
3
可编辑版
1 静态测量法
静态法测量压电应变常数d33
(1) 力-电荷法：当加在样品上的压力突然改变时，将使样品上产生的电荷发生变化，用冲击检流计测出电荷。
砝码
样品
G
极化方向
冲击检流计
静态法测量d33原理示意图
4
可编辑版
试验步骤：按原理图接好电路，突然无冲击地提起砝码，读取冲击检流计上的偏转读书α，从而得到电荷量Q。
压电应变常数d33按下式进行计算：
5
可编辑版
动态法测量压电应变常数d33
测量压电应变常数d33，采用长度纵向振动的样品。
测量步骤：
(1) 测出样品的尺寸L和直径Φ
(2) 测出样品的谐振频率fr和反谐振频率fa；
(3) 测量出fr和fa后，算出样品的机电耦合系数K33和恒电场下的弹性柔性系数S33：
6
可编辑版
(4) 测量出样品的自由电容C，并计算出样品的自由介电ε33=Ct/A；
(5) 得出d33数值：
7
可编辑版
静态法测量压电应变常数d31
用静态法测量压电应变常数d31的方法与测量压电应变常数d33的方法基本相同，所不同的是，测量d33时的作用力方向与样品的极化方向是相互平行的，而与电极面相互垂直。可在测量d31，作用力方向与极化方向相互垂直，而与电极面相互平行。
测量注意事项：
(1) 样品两端端面需细磨平整，不能凹凸不平；
(2) 要注意样品表面的清洁，且必须在相对湿度不大于65%的条件下进行测量。
(3) 必须进行多次测量，然后取其平均值；
8
可编辑版
d31的计算：
9
可编辑版
动态法测量压电应变常数d31
测定压电应变常数d31采用长条横向伸缩振动的样品，其极化方向与电场方向相互平行，其变形位移方向与极化方向相互垂直。
测量步骤：
(1) 测量样品的几何尺寸；
(2) 测量出样品的体积密度ρ；
(3) 测量出样品的谐振频率fr和反谐振频率fa；
(4) 算出样品的弹性柔性系数S11=1/(4L2 ρfr)；
(5) 计算出样品的机电耦合系数
1/(K31)2= fr/(fa-fr)+
10
可编辑版